지난 시간에는 33년간 원소명이 결정되지 않은 원소 ‘러더포듐(Rf, 원자번호 104번)’에 대해 소개해 드렸습니다. 오늘은 매우 얻기 힘든 원소 ‘디스프로슘(Dy, 원자번호 66번)’에 대한 이야기를 준비했습니다.
원자번호 66번 ‘디스프로슘(dysprosium)’은 란탄족에 속하는 원소입니다. 밝은 은백색을 띠는 원소이며 칼로 자를 수 있을 정도로 무르고 연하며 내열성이 뛰어납니다. 금속 상태일 때는 공기에 노출되면 느리게 산화되고 천천히 변색됩니다. 디스프로슘 산화물은 흰색으로 매우 강한 자기성을 띠고 강한 내열성으로 인해 네오디뮴과 함께 모터나 전기 자동차에 사용되는 강한 영구자석을 만드는 데에 사용되고 있습니다.
어븀 광석이 홀뮴과 툴륨의 산화물을 포함하고 있다는 사실이 1878년에 최초로 알려졌습니다. 1886년 프랑스 화학자 폴 에밀 르코크 드 부아보드랑은 다른 란탄계열 원소인 홀뮴의 산화물 샘플에서 알려지지 않은 산화물을 발견했습니다. 부아보드랑은 분별 침전물을 통해 산화홀뮴에서 디스프로슘을 분리했는데, 무려 32번이나 분별침전을 반복했다고 합니다. 부아보드랑은 이 원소를 ‘얻기 힘든’이라는 뜻을 가진 그리스어 디스프로시토스에서 따서 ‘디스프로슘’이라고 불렀습니다. 지구 지각 내 원소 존재비는, 지각 내에 해당 원소가 어느정도 분포해있나를 알 수 있게 해주는데요. 원소의 존재비를 질량의 백만분율(ppm / 10,000 ppm = 1% )로 나타냅니다. 알루미늄은 82,000 ppm 철은 41,000 ppm 수준인데 반해, 디스프로슘은 6 ppm 에 불과하여 매우 얻기 힘든 원소입니다.
희토류 중에서도 귀한 소재인 디스프로슘은 네오디뮴 자석을 만들 때 필수 요소입니다. 내열성을 강화해 고온에서도 자력을 유지하기 때문입니다. 자석이 섭씨 100도가 넘는 환경에서도 자력을 유지해 영구자석을 만드는데 미량 쓰이며, 하드디스크, CD, SD메모리카드 등과 같은 데이터 저장 장치의 필수 소재가 되고 있습니다. 디스프로슘은 환경을 오염시키는 연소물을 사용하지 않고도 에너지를 낼 수 있어 풍력 발전기에도 쓰입니다. 디스프로슘은 하이브리드 자동차를 움직이게 하는 주요 재료입니다. 모터를 오래 돌려서 뜨거워지면 자성을 잃기가 쉬운데, 여기에 디스프로슘을 섞으면 내열성이 강해집니다.
디스프로슘은 인광성 도료에 사용되기도 합니다. 10분간 햇빛을 쐬면 10시간이나 빛을 발합니다. 디스프로슘이 빛 에너지를 모아 발광체에 전달하는 역할을 하기 때문입니다. 디스프로슘이 포함되어 있는 야광 도료는 낮 동안 받은 빛을 에너지로 축적합니다. 이러한 성질을 활용해 지하철의 비상구 표시등이나 경고용 사인 등 다방면에 이용하고 있습니다.
네오디움과 디스프로슘으로 만드는 희토류 영구자석은 전기차에서 동력을 만드는 모터의 핵심재료 입니다. 이 영구자석의 성능에 따라 전기차의 출력이 달라져 전기차에서 배터리 만큼 중요한 핵심부품이며, 영구자석이 없으면 전기차는 실제 구동을 할 수 없게 됩니다. 따라서 디스프로슘은 네오디움과 더불어 가장 중요한 희토류로 각광 받고 있습니다. 귀하게 얻은 만큼 귀한 원소가 된 디스프로슘 이야기 어떠셨나요? 다음 이 시간에는 악티늄족 마지막 원소 ‘로렌슘(Lr, 원자번호103번)’ 에 대한 재미있는 정보로 돌아오겠습니다.
출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)
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